Устройство для измерения перемещений объекта

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к высокоточным интерферометрическим измерениям линейных и угловых величинперемещающихся объектов.Известен интерферометр повышенной чувствительности для измерениялинейных перемещений объекта, содержащий монохроматический источниксвета Не - Бе лазер), щель, разделительный блок, относительное зеркало,10подвижный блок сферических зеркал,неподвижные уголковое и плоскоезеркала 13.Точность измерения интерферометром снижается вследствие чувствительности к разъюстировке плоскихзеркал и самого блока сферическихзеркал при незначительных .вибрацияхи атмосферных изменениях, а такжеиэ-эа возврата пучка света в источник. Недостатком интерферометра является также громоздкость конструк.ции и значительные потери света.Наиболее близким к предлагаемомУпо технической сущности является 25устройство для измерения перемещений,объекта, содержащее последовательнорасположенные и оптически взаимосвя"эанные лазерный источник света, коллиматор, светоделитель, подвижйый от- З 0ражатель, связываемый с объектом,два автоколлимационных зеркала,диаФрагму и фотоприемник.Светоделитель выполнен в видесклеенного полупрозрачного кубика,автоколлимационные зеркала - неподвижные., а подвижныйотражатель выпол"нен кубическим 1.23,Точность измерения известным 40устройством недостаточна, так какстабильность интерференционной картины также -ухудшается вследствие чувствительности к разъюстировке автоколлимационных зеркал, а также нестабильности работы источника света изза возврата пучка в него. Стабиль, -ность интерференционной картины снижаемся также вследствие термическойнеустойчивости устройства, т.е. изза неидентичного прохождения пучковв стекле в плечах этого устройства,в измерительном - триппель-призма,а эталонном - плоское зеркало. Неидентичность плеч оказывает разноеполяризующее действие на пучки, что 55ухудшает контрастность картины. Потери света составляют более 50.Сложность конструкции заключается втом, что иеобходимо изготавливатьсветоделительный кубик и кубический 60отражатель, т.е. триппель-призму,у которой три прямых угла при вершине взаимосвязаны с высокой точ-,ностью, а это технологически трудновыполнить. 65 Цель изобретения - повышение точ.,ности измерения путем стабилизацииинтерференционной картины,Поставленная цель достигаетсятем, чтоустройство для измеренияперемещений объекта, содержащее последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные лазерный источник света, коллиматор, светоделитель, подвижный отражатель, связы-,ваемый с объектом, два автоколлимационных зеркала, диафрагму и фотоприемник, снабжено дополнительнымидиафрагмой и фотоприемником, светоделитель и автоколлимационные зеркала выполнены монолитным блоком вФорме прямоугольного параллелепипеда с четырьмя оптическими поверхностями с зеркальным покрытием на 3/4,поверхности входной грани и полупрозрачным покрытием на половине поверхности выходной грани, а .подвижный отражатель выполнен в видедвухгранного зеркала, устанавливаемого так, что его ребро перпендикулярно к направлению перемещенияобъекта.На Фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для измеренияперемещений объекта; на фиг. 2,вид по стрелке А на Фиг. 1на Фиг. 3вид по стрелке Б на фиг. 1.Устройство для измерения переме- ,щений объекта представляет собойфиг. 1) интерферометр, который содержит лазерный источник 1 света, коллиматор 2, светоделитель .3, подвижный отражатель 4, две диафрагмы 5 и б и два Фотоприемника 7 и 8. Коллиматор 2 представляет собой телескоп с увеличением 5 (крат.) Светоделитель 3 выполнен в Форме прямоугольного параллелепипеда с четырьмя гладкими оптическими поверхностями а, в, с, й, с зеркальным покрытием на 3/4 поверхности входной грани а и полупрозрачнымпокрытием на половине поверхности выходйой грани с. Причем зеркальное покрытие в месте входа пучка отсутствует фиг. 3 ), а полупрозрачное покрытие в месте выхода пучка отсутствует (фиг.2, незаштрихованная часть ). Оптические грани параллелепипеда расположены под углом 45 к направлению перемещения объекта (не показан ), стрелка е. В качестве подвижного отражателя 4 используется двухгранное зеркало с углом 90 О, устанавливаемое так, что его ребро перпендикулярно направлению перемещения объекта, и под углом 45 к выходной грани с параллелепипеда, В устройстве светоделительная поверхность с, подвижный отражатель 4, грани а и й, снова подвижный отражатель 4 и поверхность с образуют;.2 фид. ВНИИПИ Заказ 2326/53 Тираж 60 ион П "Патент", г.ужгород,ул.Нроектная филиал измерительное .плечо интерферометра, "а светоделительная поверхность с,грани в и а, поверхность с, образуютэталонное плечо. Длина входной нвыходной граней а и с равна 20/вп 45",а граней в. и б - О/з 1 п 451 ф,где 0 - диаметр входного пучка, аугол преломления луча входнойгранью. Толщина параллелепипеда равна 20.Устройство работает следующим образом.Пучок света от лазерного источника 1 света расширяется коллиматором2 и падает на.светоделитель 3, гденет зеркального покрытия, преломляется. входной гранью а, проходит довыходной светоделительной поверхности с и делится ею на эталонный с(отраженный внутрь стекла ) и измерительный Ь проходящий ). Измерительный дпучок падает на подвижный отражатель4, выходит фиг. 2 ) из плоскости оптической схемы и отражается Ь параллельно самому себе вновь на светоделитель 3, на грань с, где нет полу прозрачного покрытия. На грани с пучок преломляется, проходит до .зеркальной грани а, отражается от нее кграни й, выходит иэ светоделителя инаправляется вновь иа отражатель 4,где им приводится обратно в плоскость схемы, возвращается на светоделитель 3. Эталонный пучок с отражается от граней Ь и о, возвращается на светоделительную поверхностьдля взаимодействия с измерительнымпучком. Обе части делятся еще раз,интерферируют и дают две системы по- .лос: одна проходит на диафрагму 5 ифотоприемник 7, вторая, после отражения от грани й и преломления гранью 40а, падает на диафрагму б и фотоприемник 8. Наложение интерферирующих пуч- .дид А ков происходит автоматически при вышеуказанной ориентации светоделителя 3 и подвижного отражателя 4. Так как измерительный пучок дважды от-. ражается от подвижного отражателя 4, то чувствительность устройства к перемещениям удваивается, т.е, число полос М связано с измеряемой длиной 1, соотношением= Я ф где Ъ - длина волны излучения лазерного источника 1 света. Для реверсивного счета интерференционных полос используются диаФрагмы 5 и б, сдвинутые на четверть полосы, и фотоприемники 7 и 8.Таким образом, выполнение свето- делителя и автоколлимационных зеркал единым монолитным блоком Позволяет повысить точность измерения путем стабилизации интерференционной картины, т.е. эа счет повышения вибрационной и термической устойчивости интерферометра. Предлагаемый интерферометр повышенной чувствительности можно использовать и как датчик угловых перемещений, достаточно в измерительное плечо поместить вращающийся стеклянный куб не показан ). Конструкция интерферометра простая и позволяет .Фактически исключить трудоемкую операцию юстировки, повышает надежность и долговечность измерительного устройства,Прилагаемое устройство может найти широкое применение в точном машиностроении, приборостроении, в электронной, радиотехнической промышленности и других отраслях, в частности в координатно-измерительных машинах и в приборах для измерения размеров различных изделий, а также в станкостроении, т.е. там, где имеются значительные вибрации и атмосферные изменения.